Створена наноантена, яка здатна змінити напрямок поширення світла

Нова технологія, яка дозволяє управляти напрямком поширення світла, не зачіпаючи основних параметрів цього світла, ключовим моментом цієї технології є крихітна наноантена, яка в майбутньому може стати одним зі стандартних блоків оптичних комп’ютерів або комунікаційних систем.

Технологію розробила група російських і американських вчених з Санкт-Петербурзького національного дослідницького університету інформаційних технологій, механіки та оптики (ІТМО), Московського фізико-технічного інституту (МФТІ) і Техаського університету в Остіні.

В основі принципів оптичних обчислень лежить заміна електронів фотонами світла, які стають носіями інформації. Однак, управляти рухом фотонів набагато важче, ніж рухом електронів, адже у перших немає ні електричного заряду, ні маси спокою. А для реалізації повноцінних технологій оптичних обчислень для управління потоками фотонів будуть потрібні повні аналоги електронних компонентів, таких, як транзистори, діоди і т.п.

Управляти поширенням променів світла можна за допомогою традиційних хвилеводів, але нова наноантена працює зовсім іншим способом. Замість викривлення траєкторії руху фотонів вона відображає падаючі на неї фотони строго в певному напрямку, яке визначається матеріалом і формою цієї антени. Антена являє собою шматочок кремнію певної форми, розміром 200 на 200 і на 500 нанометрів. Її основною особливістю є те, що кут відображення нею світла залежить від інтенсивності падаючого на неї променя.

“Все це дозволить нам керувати напрямком поширення світла набагато простішим способом, ніж це дозволяють робити будь-які інші методи, засновані на використанні магнітних, електричних полів і електронного урядування” – розповідає Сергій Макаров, старший науковий співробітник інституту ІТМО.

Наноантена відображає світло за допомогою поверхневих плазмонів, хмар вільних електронів, що виникають на поверхні деяких матеріалів під впливом падаючого на них світла. Інтенсивність падаючого світла визначає розміри і щільність хмар електронів і в результаті цього антена здатна відбивати світло на певний кут, що лежить в межах 20 кутових градусів. Крім цього, для збільшення ефективності відхилення променя світла, плазмони повинні резонувати з певною частотою, що відповідає частоті падаючого світла. Це, в свою чергу, досягається шляхом зміни розмірів наноантени на етапі її виробництва.

Згідно з наявною інформацією, нова наноантена може стати основою пристрою, здатного забезпечити передачу даних зі швидкістю 250 гігабіт на секунду. Таким чином, пристрої на базі таких антен можуть стати проміжною ланкою між оптичними системами, які дозволяють передавати дані по кабелях зі швидкістю в сотні гігабіт на секунду, і електронними елементами обчислювальних систем, які можуть приймати і обробляти набагато менші потоки даних.